Основи електротехніки: шпаргалка-підсумок

Аркуші з формулами, ключові кроки методів для кожної теми та 16 задач для практики, з повними розв’язками наприкінці.

Нові задачі Назад до курсу

У вікні друку виберіть «Зберегти як PDF», щоб зберегти копію на пристрої.

1Формули та методи

Послідовні й паралельні резистори

Послідовне з’єднання резисторів: R_eq = R₁ + R₂ + …
Паралельне з’єднання резисторів: 1/R_eq = 1/R₁ + 1/R₂ + …
Два паралельно: R_eq = R₁R₂ / (R₁ + R₂)
Закон Ома: V = I·R
Потужність: P = V·I = I²R = V²/R

Метод

Почніть з кінця мережі, найдальшого від затискачів.
Послідовні резистори об’єднуйте додаванням, паралельні — за 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …
Перемальовуйте коло після кожного кроку.
Повторюйте, доки між затискачами не залишиться один резистор.

Метод вузлових потенціалів

Закон струмів Кірхгофа: ΣI_in = ΣI_out
Струм гілки: I = (V_a − V_b)/R
Опорний вузол: V_ground = 0

Метод

Оберіть опорний вузол (землю) і позначте напруги інших вузлів.
Запишіть закон струмів Кірхгофа для кожного невідомого вузла: струми, що витікають через гілки, дорівнюють струмам, що втікають.
Виразіть кожен струм гілки як (V_a − V_b)/R.
Розв’яжіть систему рівнянь, потім знайдіть потрібний струм.

Тевенен і Нортон

Напруга Тевенена: V_th = V_{open circuit}
Опір Тевенена: R_th: усі джерела вимкнені, з боку a–b
Струм Нортона: I_N = V_th/R_th
Струм навантаження: I_L = V_th/(R_th + R_L)
Передача максимальної потужності: R_L = R_th, P_max = V_th²/(4R_th)

Метод

Від’єднайте навантаження й позначте два затискачі a і b.
Знайдіть напругу холостого ходу між a і b: це V_th.
Вимкніть усі незалежні джерела й знайдіть опір з боку a–b: це R_th.
Поверніть навантаження до еквівалентної схеми: V_th послідовно з R_th.
Для еквівалента Нортона перетворіть: I_N = V_th/R_th, з паралельним R_N = R_th.

Перехідні процеси RC і RL

Стала часу: τ = RC | τ = L/R
Відгук: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ
Конденсатор на постійному струмі: розрив; v_C не може змінитися стрибком
Котушка на постійному струмі: коротке замикання; i_L не може змінитися стрибком
Усталений режим: t ≈ 5τ

Метод

Знайдіть початкове значення одразу після комутації: напруга на конденсаторі й струм через котушку не можуть змінитися стрибком.
Знайдіть кінцеве значення через довгий час після комутації: конденсатор поводиться як розрив, котушка — як коротке замикання.
Знайдіть сталу часу: τ = RC або τ = L/R, використовуючи опір з боку конденсатора чи котушки.
Використайте x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ.

Повний опір і комплексні амплітуди

Повні опори: Z_R = R, Z_L = jωL, Z_C = 1/(jωC)
Кутова частота: ω = 2πf
Модуль і кут: |Z| = √(R² + X²), φ = atan(X/R)
Закон Ома в комплексній формі: V = I·Z

Метод

Переведіть частоту: ω = 2πf.
Знайдіть кожен реактивний опір: X_L = ωL і X_C = 1/(ωC).
Додавайте опори як резистори, з Z = R + jX.
Знайдіть модуль |Z| = √(R² + X²) і кут φ = atan(X/R), потім застосуйте закон Ома для комплексних амплітуд.

Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Активна потужність: P = V·I·cos φ
Реактивна потужність: Q = V·I·sin φ
Повна потужність: S = V·I = √(P² + Q²)
Коефіцієнт потужності: pf = cos φ = P/S
Компенсувальний конденсатор: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(ωV²)

Трифазні системи

З’єднання зіркою (Y): V_L = √3·V_ph, I_L = I_ph
З’єднання трикутником (Δ): V_L = V_ph, I_L = √3·I_ph
Сумарна активна потужність: P = √3·V_L·I_L·cos φ = 3·I_ph²·R
Повна й реактивна потужність: S = √3·V_L·I_L, Q = P·tan φ
Компенсувальні конденсатори: Q_C = P(tan φ₁ − tan φ₂), C = Q_C/(3ωV²)
Напруга на кожному конденсаторі: Δ: V_L Y: V_L/√3
Вхідна потужність двигуна: P_in = P_out/η

Трансформатори

Коефіцієнт трансформації: a = N₁/N₂ = V₁/V₂
Відношення струмів: I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a
Номінальний струм: I = S/V
Зведений опір: Z₁′ = a²·Z_L
Втрати в міді при неповному навантаженні: P_cu = x²·P_cu,fl
ККД: η = x·S·pf/(x·S·pf + P_core + x²·P_cu,fl)
Максимальний ККД: x = √(P_core/P_cu,fl)

2Задачі для практики

1.Послідовні й паралельні резисториСередня

Знайдіть струм I_R2 через R₂.

V₁ = 15 VR₁ = 10 ΩR₂ = 20 ΩR₃ = 10 ΩR₄ = 20 Ω

I_R2 = A

2.Послідовні й паралельні резисториСкладна

Знайдіть струм I_R1, який віддає джерело і який тече через R₁.

V₁ = 12 VR₁ = 12 ΩR₂ = 30 ΩR₃ = 30 ΩR₄ = 4 ΩR₅ = 4 ΩR₆ = 8 Ω

I_R1 = A

3.Метод вузлових потенціалівСередня

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти струм I_R3 через R₃ у напрямку стрілки.

V₁ = 6 VI_s = 2 AR₁ = 10 ΩR₂ = 12 ΩR₃ = 5 ΩR₄ = 10 Ω

I_R3 = A

4.Метод вузлових потенціалівСкладна

Скористайтеся методом вузлових потенціалів, щоб знайти вузлову напругу V_A (відносно землі).

V₁ = 18 VI_s = 6 AV₂ = 10 VR₁ = 4 ΩR₂ = 10 ΩR₃ = 8 ΩR₄ = 30 ΩR₅ = 25 Ω

V_A = V

5.Тевенен і НортонСередня

До a–b підключено навантаження R_L = 12 Ω. Замініть решту кола еквівалентом Тевенена і знайдіть струм навантаження I_L.

V₁ = 30 VR₁ = 3 ΩR₂ = 20 ΩR₃ = 5 ΩR_L = 12 Ω

I_L = A

6.Тевенен і НортонСкладна

До a–b підключено навантаження R_L = 3 Ω. За допомогою еквівалента Тевенена знайдіть потужність P_L, що передається навантаженню.

V₁ = 12 VI_s = 1 AR₁ = 5 ΩR₂ = 20 ΩR₃ = 12 ΩR_L = 3 Ω

P_L = W

7.Перехідні процеси RC і RLСередня

До замикання вимикача в момент t = 0 струму через котушку немає. Знайдіть струм i у момент t = 10 ms.

V_s = 10 VR = 33 ΩL = 220 mHt = 10 ms

i = A

8.Перехідні процеси RC і RLСкладна

Безпосередньо перед замиканням вимикача в момент t = 0 конденсатор має 5 V з указаною полярністю. За який час v_C досягне 20,2 V? Знайдіть t.

V_s = 24 VR = 2,2 kΩC = 100 µFv_C(0) = 5 V

t = ms

9.Повний опір і комплексні амплітудиСередня

Послідовне коло RLC підключено до мережі 230 V (діюче значення), 1000 Hz. Знайдіть діюче значення струму I.

V = 230 V (rms)f = 1000 HzR = 10 ΩL = 50 mHC = 1 µF

I = A

10.Повний опір і комплексні амплітудиСкладна

Резистор R₁ увімкнено послідовно з паралельним з’єднанням R₂ і конденсатора C; коло під’єднано до мережі 24 V (діюче значення), 100 Hz. Знайдіть діюче значення струму I.

V = 24 V (rms)f = 100 HzR₁ = 40 ΩR₂ = 60 ΩC = 100 µF

I = A

11.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужностіСередня

До однофазної мережі 400 V паралельно під’єднано два навантаження: навантаження 10 kW з коефіцієнтом потужності 0,75 (індуктивним) і навантаження 15 kW з коефіцієнтом потужності 0,85 (індуктивним). Знайдіть загальний струм I, що споживається від мережі.

V = 400 VP₁ = 10 kW, pf₁ = 0,75 відстаючийP₂ = 15 kW, pf₂ = 0,85 відстаючий

I = A

12.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужностіСкладна

Однофазне навантаження споживає 22 kW з коефіцієнтом потужності 0,8 (індуктивним) від мережі 240 V, 50 Hz. Паралельно навантаженню під’єднують конденсатор ємністю 150 µF. Знайдіть новий струм лінії I.

P = 22 kWpf₁ = 0,8V = 240 Vf = 50 HzC = 150 µF

I = A

13.Трифазні системиСередня

Трифазний асинхронний двигун при повному навантаженні розвиває механічну потужність 90 kW. При цьому навантаженні його ККД становить 94%, а коефіцієнт потужності 0,88, відстаючий. Лінійна напруга мережі 480 V. Знайдіть лінійний струм I_L.

P_out = 90 kWη = 94%cos φ = 0,88V_L = 480 V

I_L = A

14.Трифазні системиСкладна

Симетричне трифазне навантаження споживає 250 kW при коефіцієнті потужності 0,75 (відстаючому) від мережі 400 V (лінійна напруга), 50 Hz. Трифазна конденсаторна батарея, підключена паралельно до навантаження, має підвищити загальний коефіцієнт потужності до 0,95 (відстаючого). Активна потужність не змінюється. Знайдіть сумарну реактивну потужність Q_C, яку має постачати конденсаторна батарея, у kvar.

P = 250 kWpf₁ = 0,75pf₂ = 0,95V_L = 400 Vf = 50 Hz

Q_C = kvar

15.ТрансформаториСередня

Однофазний трансформатор 150 kVA, 7200/240 V працює з номінальним навантаженням. Вважайте його ідеальним. Знайдіть струм I_LV в обмотці нижчої напруги.

S = 150 kVAV₁ = 7200 VV₂ = 240 V

I_LV = A

16.ТрансформаториСкладна

Однофазний трансформатор 100 kVA має втрати в сталі 600 W. При номінальному навантаженні й коефіцієнті потужності 0,8 (відстаючому) його ККД становить 98%. Знайдіть втрати в міді при повному навантаженні P_cu,fl у ватах.

S = 100 kVAP_core = 600 Wpf = 0,8η = 98%

P_cu,fl = W

3Розчини

1.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: I_R2 = 0,4091 A

Послідовне й паралельне з’єднання: послідовно через кожен резистор тече той самий струм і R = R₁ + R₂ + …. Паралельно на кожному резисторі та сама напруга і 1/R = 1/R₁ + 1/R₂ + …. Драбинчасту мережу спрощують по одній парі, доки не залишиться один еквівалентний опір.

Об’єднуйте резистори з дальнього кінця

Почніть із кінця, найдальшого від джерела, і рухайтеся до нього. Резистори з однаковим струмом з’єднані послідовно; резистори між тими самими двома вузлами — паралельно.

R₃ + R₄ = 10 + 20 = 30 Ω

R₂ ∥ 30 = 20·30/(20+30) = 12 Ω

R_eq = R₁ + 12 = 10 + 12 = 22 Ω

Струм джерела

Джерело бачить лише R_eq, тож закон Ома дає струм, який воно віддає. Цей струм тече через R₁.

I_R1 = V₁/R_eq = 15/22 = 0,6818 A

Струм через R₂

Відніміть спад на R₁, щоб отримати напругу у вузлі A, тобто напругу на R₂.

V_A = V₁ − I_R1·R₁ = 15 − 0,6818·10 = 8,182 V

I_R2 = V_A/R₂ = 8,182/20 = 0,4091 A

Відповідь

I_R2 = 0,4091 A

2.Послідовні й паралельні резистори

Відповідь: I_R1 = 0,433 A

Об’єднуйте резистори з дальнього кінця

R₅ + R₆ = 4 + 8 = 12 Ω

R₄ ∥ 12 = 3 Ω

R₃ + 3 = 33 Ω

R₂ ∥ 33 = 15,71 Ω

R_eq = R₁ + 15,71 = 12 + 15,71 = 27,71 Ω

Струм джерела

Джерело бачить лише R_eq, тож закон Ома дає струм, який воно віддає. Цей струм тече через R₁.

I_R1 = V₁/R_eq = 12/27,71 = 0,433 A

Відповідь

I_R1 = 0,433 A

3.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: I_R3 = −0,8178 A

Метод вузлових потенціалів: оберіть опорний вузол, позначте невідомі вузлові напруги, запишіть закон струмів Кірхгофа для кожного невідомого вузла за законом Ома (I = ΔV/R) і розв’яжіть отримані рівняння.

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V₁ = 6 V). Невідомі: V_A, V_B.

ЗСК у вузлі A

Струми, що виходять із A через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у A.

V_A/R₂ + (V_A − V₁)/R₁ + (V_A − V_B)/R₃ = 0

V_A/12 + (V_A − 6)/10 + (V_A − V_B)/5 = 0

0,3833·V_A − 0,2·V_B = 0,6

ЗСК у вузлі B

Струми, що виходять із B через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у B.

V_B/R₄ + (V_B − V_A)/R₃ = I_s

V_B/10 + (V_B − V_A)/5 = 2

−0,2·V_A + 0,3·V_B = 2

Розв’яжіть

Δ = (0,3833)(0,3) − (−0,2)(−0,2) = 0,075

V_A = Δ₁/Δ = 0,58/0,075 = 7,733 V

V_B = Δ₂/Δ = 0,8867/0,075 = 11,82 V

Відповідь

I_R3 = (V_A − V_B)/R₃ = (7,733 − 11,82)/5 = −0,8178 A

4.Метод вузлових потенціалів

Відповідь: V_A = 18,62 V

Визначте вузли

Земля — нижній провід. Відомі вузлові напруги беруться прямо з джерел (V₁ = 18 V, V₂ = −10 V). Невідомі: V_A, V_B.

ЗСК у вузлі A

Струми, що виходять із A через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у A.

V_A/R₃ + (V_A − V₁)/R₁ + (V_A − V_B)/R₂ = 0

V_A/8 + (V_A − 18)/4 + (V_A − V_B)/10 = 0

0,475·V_A − 0,1·V_B = 4,5

ЗСК у вузлі B

Струми, що виходять із B через резистори, дорівнюють струму, який джерела подають у B.

V_B/R₅ + (V_B − V_A)/R₂ + (V_B − V₂)/R₄ = I_s

V_B/25 + (V_B − V_A)/10 + (V_B − (−10))/30 = 6

−0,1·V_A + 0,1733·V_B = 5,667

Розв’яжіть

Δ = (0,475)(0,1733) − (−0,1)(−0,1) = 0,07233

V_A = Δ₁/Δ = 1,347/0,07233 = 18,62 V

V_B = Δ₂/Δ = 3,142/0,07233 = 43,43 V

Відповідь

V_A = 18,62 V

5.Тевенен і Нортон

Відповідь: I_L = 1,33 A

Теорема Тевенена: будь-яке лінійне двополюсне коло поводиться як одне джерело напруги V_th, послідовне з опором R_th. Теорема Нортона подає те саме коло як джерело струму I_N = V_th/R_th, паралельне R_th.

Знайдіть R_th з усіма вимкненими джерелами

Замініть джерела напруги короткими замиканнями, а джерела струму — розривами, а тоді подивіться на коло з боку a–b.

R₁ ∥ R₂ = 3·20/(3+20) = 2,609 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 2,609 + 5 = 7,609 Ω

Знайдіть V_th — напругу холостого ходу

Коли a–b розімкнені, через R₃ струм не тече, тож спаду на ньому немає і V_b = V_A. R₁ і R₂ утворюють дільник напруги.

V_th = V₁·R₂/(R₁+R₂) = 30·20/(3+20) = 26,09 V

Підключіть навантаження до еквівалента Тевенена

Джерело Тевенена і послідовний R_th поводяться на a–b точно як початкове коло, тож навантаження бачить простий послідовний контур.

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 26,09/(7,609 + 12) = 1,33 A

6.Тевенен і Нортон

Відповідь: P_L = 5,446 W

Знайдіть R_th з усіма вимкненими джерелами

R₁ ∥ R₂ = 5·20/(5+20) = 4 Ω

R_th = (R₁ ∥ R₂) + R₃ = 4 + 12 = 16 Ω

Знайдіть V_th — напругу холостого ходу

Коли a–b розімкнені, Iₛ може текти лише через R₃ у вузол A. Знайдіть V_A накладанням V₁ та Iₛ, потім додайте спад на R₃.

V_A = V₁·R₂/(R₁+R₂) + I_s·(R₁∥R₂) = 9,6 + 1·4 = 13,6 V

V_th = V_B = V_A + I_s·R₃ = 13,6 + 1·12 = 25,6 V

Підключіть навантаження до еквівалента Тевенена

I_L = V_th/(R_th + R_L) = 25,6/(16 + 3) = 1,347 A

P_L = I_L²·R_L = 1,347²·3 = 5,446 W

7.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: i = 0,2354 A

Перехідні процеси першого порядку: у колі з одним конденсатором або однією котушкою кожна напруга й кожен струм експоненційно змінюються від початкового до кінцевого значення: x(t) = x(∞) + [x(0) − x(∞)]·e^−t/τ, де τ = RC або τ = L/R. Приблизно через 5τ коло виходить на усталений режим.

Стала часу і кінцевий струм

Через тривалий час після замикання котушка поводиться як коротке замикання, тож кінцевий струм визначає лише R.

τ = L/R = 220 mH / 33 Ω = 6,667 ms

i(∞) = V_s/R = 10/33 = 0,303 A

Струм у заданий момент

i(t) = i(∞)·(1 − e^−t/τ) = 0,303·(1 − e^−10/6,667) = 0,2354 A

Відповідь

i = 0,2354 A

8.Перехідні процеси RC і RL

Відповідь: t = 354,1 ms

Початкове значення, кінцеве значення, стала часу

Напруга на конденсаторі не може змінитися стрибком, тож вона починає з накопиченого значення й прямує до напруги джерела.

v_C(0) = 5 V, v_C(∞) = V_s = 24 V

τ = R·C = 2,2 kΩ · 100 µF = 220 ms

v_C(t) = 24 + (5 − 24)·e^−t/τ

Виразіть час

20,2 = 24 + (−19)·e^−t/τ → e^−t/τ = (20,2 − 24)/(5 − 24) = 0,2

t = τ·ln((5 − 24)/(20,2 − 24)) = 220·ln(5) = 354,1 ms

Відповідь

t = 354,1 ms

9.Повний опір і комплексні амплітуди

Відповідь: I = 1,481 A

Кола змінного струму й комплексний метод: резистори, котушки й конденсатори мають повні опори R, jωL і 1/(jωC), де ω = 2πf. Послідовно повні опори додаються як опори, але як комплексні числа. Діючі значення струму й напруги підкоряються закону Ома з |Z|.

Реактивні опори

ω = 2πf = 2π·1000 = 6283 rad/s

X_L = ωL = 6283·0,05 = 314,2 Ω

X_C = 1/(ωC) = 1/(6283·1·10⁻⁶) = 159,2 Ω

Повний опір

Послідовно повні опори додаються як комплексні числа: Z = R + j(X_L − X_C).

|Z| = √(R² + (X_L − X_C)²) = √(10² + (155)²) = 155,3 Ω

Струм

Через кожен елемент послідовного кола тече той самий струм.

I = V/|Z| = 230/155,3 = 1,481 A

Відповідь

I = 1,481 A

10.Повний опір і комплексні амплітуди

Відповідь: I = 0,5173 A

Реактивний опір

X_C = 1/(2π·100·100·10⁻⁶) = 15,92 Ω

Паралельне з’єднання

Помножте чисельник і знаменник на комплексно спряжене, щоб розділити Z_p на дійсну й уявну частини.

Z_p = R₂·(−jX_C)/(R₂ − jX_C) = (R₂·X_C² − jR₂²·X_C)/(R₂² + X_C²)

Z_p = 3,944 − j14,87 Ω

Повний опір

Z = 40 + 3,944 − j14,87 = 43,94 − j14,87 Ω

|Z| = √(43,94² + 14,87²) = 46,39 Ω

Струм

I = V/|Z| = 24/46,39 = 0,5173 A

Відповідь

I = 0,5173 A

11.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Відповідь: I = 77,18 A

Потужність змінного струму: повна потужність S = V·I (VA) складається з активної потужності P = S·cos φ (W), що виконує корисну роботу, і реактивної потужності Q = S·sin φ (var), що коливається між джерелом і навантаженням. Коефіцієнт потужності — cos φ. Паралельний конденсатор постачає реактивну потужність на місці, тож струм лінії зменшується за тієї самої активної потужності.

Реактивна потужність кожного навантаження

Індуктивне навантаження споживає реактивну потужність (Q > 0); ємнісне — віддає її (Q < 0).

Q₁ = 10·tan(arccos 0,75) = 8,819 kvar

Q₂ = 15·tan(arccos 0,85) = 9,296 kvar

Сумарні значення

P = 10 + 15 = 25 kW

Q = 8,819 + 9,296 = 18,12 kvar

S = √(25² + 18,12²) = 30,87 kVA

Загальний струм

I = S/V = 30873/400 = 77,18 A

Відповідь

I = 77,18 A

12.Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Відповідь: I = 108,2 A

Реактивна потужність до і після

Активна потужність P не змінюється; змінюється лише реактивна потужність із мережі.

Q₁ = 22·tan(arccos 0,8) = 16,5 kvar

Q_C = V²·2πf·C = 240²·2π·50·150·10⁻⁶ = 2714 var = 2,714 kvar

Q₂ = 16,5 − 2,714 = 13,79 kvar

Нова повна потужність

S₂ = √(22² + 13,79²) = 25,96 kVA

Новий струм лінії

I = S₂/V = 25962/240 = 108,2 A

Відповідь

I = 108,2 A

13.Трифазні системи

Відповідь: I_L = 130,9 A

Електрична вхідна потужність

P_in = P_out/η = 90/0,94 = 95,74 kW

Струм лінії

I_L = P_in/(√3·V_L·cos φ) = 95745/(√3·480·0,88) = 130,9 A

Відповідь

I_L = 130,9 A

14.Трифазні системи

Відповідь: Q_C = 138,3 kvar

Симетричні трифазні системи: у з’єднанні зіркою (Y) лінійна напруга в √3 разів більша за фазну, V_L = √3·V_ph, а лінійний струм дорівнює фазному. У з’єднанні трикутником (Δ) лінійна напруга дорівнює фазній, а лінійний струм у √3 разів більший за фазний, I_L = √3·I_ph. Сумарна потужність утричі більша за потужність однієї фази: P = 3·V_ph·I_ph·cos φ = √3·V_L·I_L·cos φ. Компенсація реактивної потужності: конденсатори постачають реактивну потужність на місці, Q_C = P·(tan φ₁ − tan φ₂). Кожен із трьох конденсаторів дає Q_C/3 = V²·ω·C, де V — напруга на цьому конденсаторі: V_L у батареї, з’єднаній трикутником, V_L/√3 — у батареї, з’єднаній зіркою.

Реактивна потужність до і після

Активна потужність не змінюється, тож кожен коефіцієнт потужності визначає реактивну потужність: Q = P·tan φ.

Q₁ = 250·tan(acos 0,75) = 250·0,8819 = 220,5 kvar

Q₂ = 250·tan(acos 0,95) = 250·0,3287 = 82,17 kvar

Реактивна потужність від конденсаторів

Q_C = Q₁ − Q₂ = 138,3 kvar

Відповідь

Q_C = 138,3 kvar

15.Трансформатори

Відповідь: I_LV = 625 A

Ідеальний трансформатор: напруги відносяться як кількості витків, а струми — обернено: V₁/V₂ = N₁/N₂ = a і I₁/I₂ = N₂/N₁ = 1/a, тож вхідна потужність дорівнює вихідній, V₁·I₁ = V₂·I₂. Опір навантаження Z у вторинному колі з боку первинної обмотки виглядає як a²·Z.

Номінальний струм

Обидві обмотки передають однакову повну потужність.

I_LV = S/V = 150000/240 = 625 A

Відповідь

I_LV = 625 A

16.Трансформатори

Відповідь: P_cu,fl = 1033 W

Втрати в трансформаторі: втрати в сталі (гістерезис і вихрові струми) залежать від напруги й однакові за будь-якого навантаження. Втрати в міді обмоток пропорційні квадрату струму, тож при частці навантаження x від номінального вони становлять x²·P_cu,fl. ККД η = P_out/(P_out + P_core + P_cu), де P_out = x·S·pf. ККД максимальний при навантаженні, за якого втрати в міді дорівнюють втратам у сталі.

Вихідна й вхідна потужність

P_out = 100·0,8 = 80 kW

P_in = 80000/0,98 = 81633 W

Сумарні втрати й втрати в міді

P_loss = 81633 − 80000 = 1633 W

P_cu,fl = 1633 − 600 = 1033 W

Відповідь

P_cu,fl = 1033 W

ExamProblems · examproblems.com/courses/electrical-engineering-fundamentals

Основи електротехніки: шпаргалка-підсумок

1Формули та методи

Послідовні й паралельні резистори

Метод

Метод вузлових потенціалів

Метод

Тевенен і Нортон

Метод

Перехідні процеси RC і RL

Метод

Повний опір і комплексні амплітуди

Метод

Потужність змінного струму й коефіцієнт потужності

Трифазні системи

Трансформатори

2Задачі для практики

3Розчини

Об’єднуйте резистори з дальнього кінця

Струм джерела

Струм через R₂

Відповідь

Об’єднуйте резистори з дальнього кінця

Струм джерела

Відповідь

Визначте вузли

ЗСК у вузлі A

ЗСК у вузлі B

Розв’яжіть

Відповідь

Визначте вузли

ЗСК у вузлі A

ЗСК у вузлі B

Розв’яжіть

Відповідь

Знайдіть Rth з усіма вимкненими джерелами

Знайдіть Vth — напругу холостого ходу

Підключіть навантаження до еквівалента Тевенена

Знайдіть Rth з усіма вимкненими джерелами

Знайдіть Vth — напругу холостого ходу

Підключіть навантаження до еквівалента Тевенена

Стала часу і кінцевий струм

Струм у заданий момент

Відповідь

Початкове значення, кінцеве значення, стала часу

Виразіть час

Відповідь

Реактивні опори

Повний опір

Струм

Відповідь

Реактивний опір

Паралельне з’єднання

Повний опір

Струм

Відповідь

Реактивна потужність кожного навантаження

Сумарні значення

Загальний струм

Відповідь

Реактивна потужність до і після

Нова повна потужність

Новий струм лінії

Відповідь

Електрична вхідна потужність

Струм лінії

Відповідь

Реактивна потужність до і після

Реактивна потужність від конденсаторів

Відповідь

Номінальний струм

Відповідь

Вихідна й вхідна потужність

Сумарні втрати й втрати в міді

Відповідь

Знайдіть R_th з усіма вимкненими джерелами

Знайдіть V_th — напругу холостого ходу

Знайдіть R_th з усіма вимкненими джерелами

Знайдіть V_th — напругу холостого ходу